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从20世纪60年代,黑匣子就是国际民航飞机的必装设备,这一装就再没卸下来,直到今天,虽然它有种种不是:昂贵、有时候不听话、随便掉个旮旯里实在难找⋯⋯但依然没有新方式替代它。
2009年6月1日,飞过巴西费尔南多—迪诺罗尼亚群岛之后,法航的AF447航班突然从空管部门的雷达中消失。3天后,人们确认这架服役26年的客机已经坠毁。方圆650公里的海域中,漂浮的金属碎片若隐若现。
“从那些金属碎片看来,就像巨人无情地将飞机瞬间撕碎,然后将碎片倒入茫茫大海。没人能从那双巨手中逃脱。这是我见过的最为惨烈的空难,我才从现场回来。”Weggan在Twitter中留言,他是一名巴西籍潜水员。“是遭遇强烈气流、恐怖袭击,还是飞机上的航速测量器结冰出错?任何人都无法下定论。”
“无法定论”的原因是“找不到黑匣子”。迄今为止,黑匣子仍然是空难事件中唯一客观的证人。
“实际上,黑匣子是小名,它的大名是飞行数据记录仪,上面有两套自动记录系统。一套是语言记录仪,主要用来记载驾驶员与地面的联系信息,以及驾驶舱内和机舱内的语音信息。一套是飞机飞行参数记录仪,用来记载飞机的飞行高度、速度、飞行状态参数等。”中国民航航空安全技术中心安全技术实验室主任舒平解释说。“在怀特兄弟发明的第一架飞机上,就有了黑匣子的雏形,但没人关注。后来空难越来越多,人们才意识到黑匣子的重要。”
飞机上的“老书记”
1953年,英国研制的世界第一种喷气式客机“彗星号”坠毁,原因不详,险些给喷气式客机的前景蒙上一层阴影。鉴于此,澳大利亚航空的科研人员沃伦提出,应该在飞机上加装可记录数据的电子装备。1958年,他研制出第一个飞行记录仪,与成人手掌差不多大小,可以记录4小时的舱音和仪表数据。
到了20世纪60年代,飞行记录仪已经成为国际民航飞机的必装设备。直到现在它都是空难事故调查中的重要证人。
在航空安全技术中心,记者看到数个空难中遗留下的黑匣子,艳丽的橙红色(国际救援色),外观看起来像集装箱货车模型,“车”头部分向前探出一个类似于不锈钢把手的拉杆。“那个拉杆就是用于探测仪器水下定位的‘水下信标’,一旦黑匣子落水,信标即发出频率为37.5千赫兹的声波,声纳仪通过对其感应来锁定具体位置。”舒平一边解释,一边打开一个黑匣子,“‘车’头内,实际上安装了18块类似于电脑硬盘的计算机芯片。”
这个黑匣子的外壳是一个高强度箱体,分为4层。这4层通常是特种钢外壳、防碰撞减震层、防腐防油层以及恒温层,设计要求能耐2吨重的压力,还要能经受1000℃左右的高温,以及海水、汽油等液体的腐蚀。而恒温层胶状物遇热后迅速融化为液体,不论外界温度多高,其温度将维持在70℃的恒温,以保证内部芯片不会在高温中损坏。
内部芯片就像一块硬盘,通过特殊的软件可以对保留的数据进行读取。译码专家对这些数据进行周密分析,从而得出结论。如果数据解读完善详尽,就可以通过三维立体图形的方式,将飞机失事前几秒钟的运动轨迹完全再现,通过电脑图像还原飞机失事的全过程。
译码并不难,只要有译码本对照,基本一个晚上就能译码完毕。搜寻黑匣子才困难,尤其是黑匣子落入水中,寻找过程就更困难了。
要找到太难了
“当黑匣子落入水中,水下信标可能脱落,即使没脱落,面对那么大一片海域,水下信标发射的信号仅在1平方公里内能接收到。这真是大海捞针,外加气候、水深原因,法航找寻实在困难。”舒平说。
Weggan见证了搜寻的困难。“漆黑的海面,飘满了航空燃油。所有的大海看起来都一样,一望无际,一片混乱。大致确定失事地点,打捞起包括座椅和完全未拆开的救生设备等,还有印有法航蓝色和红色条纹的垂直尾翼,其原本的三角形状依旧完好,没有任何烧痕,黑匣子却不见踪影。”
“海军坐在声呐室听音室里,紧张地关注着显示屏,并仔细地收听着探测仪器发出的‘嘟嘟’声。专家说,发现残骸海域平均水深4000米至5000米,海床裂缝可能深达8000米。潜水员无法到达这样的水深,法国人带来了微型潜艇‘鹦鹉螺’号,还有一个名叫Victor6000的遥控水下机器人,但它也只能潜入6000米的水深。并且,它从非洲附近的亚速尔群岛行进到空难地点花了8天,在这8天中,黑匣子可能滑向更深的海域。还有,这里的天气太差了。”Weggan继续在Twitter上碎碎念。
正如Weggan所说,法航空难地点是一个不受大自然眷顾的地方。美国、巴西、法国都派出了搜寻飞机,“这里的环境不适合他们。不时有飞机碰撞到海浪,然后爬升,然后又嗡嗡地飞向另一片海域,飞起,盘旋,但毫无用处。”
目标海域广泛,海底地形复杂,信号很可能被海底山脉阻挡。如果黑匣子掉到水深3000米以下的地方,它发出的有效信号近乎于零。
30天很快过去,信号信标电力耗尽,法航AF447的黑匣子最终永远消失在大西洋海底。
“即使找到了,也不一定能起作用,”舒平说,黑匣子也有可能发生故障,或者旧的信息被新的信息覆盖。
基于上述原因,前任国际航空运输协会总干事兼行政总裁皮埃尔•尚略借这次空难再次表达了他对黑匣子的不满。“它已经过时,应当利用实时卫星数据传输来对飞机的飞行情况做记录。”处于风口浪尖的空客高层也力挺皮埃尔,高喊着让黑匣子退休。
暂时还无法替代
替代黑匣子,航空业早就考虑过其他选项,那就是卫星。
卫星,悬挂在空中的通信中继站,它居高临下,视野开阔,只要在它的覆盖照射区以内,不论距离远近都可以通信。飞行途中,飞行数据可以打包发送给卫星,经过变频和功率放大,再由卫星的通信天线发向地面站。在此过程中,所需下传的数据只与飞机舱内的专用网络建立联系,并不会影响飞行安全。
目前,以空中客车公司为代表的一些机构正在着手研究,如何利用卫星通信系统实时传输飞行数据,从根本上摆脱寻找黑匣子的难题,并节省掉用来寻找黑匣子的这部分巨大成本。
对此舒平认为,黑匣子确实有必要改进,“但退休还不是时候,卫星传输没法替代黑匣子,起码30〜50年无法实现。”
“目前,卫星传输还是要比黑匣子贵很多。”舒平拿起纸笔算账,“中国有1000多架飞机,日利用率是9.6小时,按照目前平均水平,每分钟1.5到2美元计算,中国每年通过卫星传输实施产生的话费就是3亿多元。这仅是语音记录,如果加上数据参数,费用会更高。没有哪个航空公司能够承受。而一个黑匣子不过2万美金,并且能用很多年。”
航空利用到的卫星传输多是海事卫星,记者就此向中国交通通信中心导航业务部主任赵玉民求证。他表示费用未必需要这么多,“用的人越多,用的量越多,价格应该会越来越便宜。寻找黑匣子的确比从卫星下行的成本要高。”至于具体每年会产生多少费用,赵玉民表示要根据具体情况,无法给出具体数字。
即使费用不是问题,卫星传输还存在技术上的难点。首当其冲的就是带宽,目前海事卫星的带宽无法满足200多个数据传输,还有实时的语音传输。另外,怎么能准确地寻找卫星并发送数据?如果飞机失事,通常飞行姿态已经不正常了。不管是海事卫星或其他通信卫星,都得有寻星的过程,中间的哪怕几秒钟都是很宝贵的。而且,在移动中寻找卫星,必须安装陀螺仪或类似的设备,成本很高。再者,“飞机上所有的东西稳定安全是第一要素,要想在飞机上加个零件,需要很多年的认证。”即使这些问题都解决了,飞机故障多发生于天气很差的时候,比如暴雨时,过大的雨衰会导致卫星信号无法通信。
与卫星传输并列的选项还有利用地面基站。业内人士介绍说,空客正在研究一种“能随意打电话的飞机”,如果研制成功,也能实现飞行数据和驾驶舱语音的实时传输。
寻找黑匣子的难度
为了寻找法航AF447航班的黑匣子,国际社会可谓用尽浑身解数。运输机、侦察机、直升机、侦察卫星、无线电监听站、军舰、潜水员、核动力潜艇乃至无人以及载人深海探测器纷纷登场,但在30天时间内仍没能找到黑匣子,可谓凸显黑匣子使用之不确定性的一次典型案例。
深海搜索
法航班机失事逾20天后,法国海军侦测到疑似黑匣子发出的极微弱的信号。于是派出了善于深海作业的鹦鹉螺号载人深潜探测器。它能够搭载3人潜入海底6000米处,曾用于找到泰坦尼克号的沉船位置。
浅海搜索
较深的海下区域由法国派出的装有机械触手、6台摄像机,可提起100千克重物的Victor6000遥控水下机器人负责。它可潜至海面下6000米深处。
地形不确定性
不规则的海底地形也会为搜寻黑匣子增加困难。
海面搜索
在寻找法航黑匣子的30天里,巴西、美国和西班牙派出了大力神C130、海上巡逻机和直升机等空中力量在海面上做之字形飞行进行地毯式搜索。
2009年6月1日,飞过巴西费尔南多—迪诺罗尼亚群岛之后,法航的AF447航班突然从空管部门的雷达中消失。3天后,人们确认这架服役26年的客机已经坠毁。方圆650公里的海域中,漂浮的金属碎片若隐若现。
“从那些金属碎片看来,就像巨人无情地将飞机瞬间撕碎,然后将碎片倒入茫茫大海。没人能从那双巨手中逃脱。这是我见过的最为惨烈的空难,我才从现场回来。”Weggan在Twitter中留言,他是一名巴西籍潜水员。“是遭遇强烈气流、恐怖袭击,还是飞机上的航速测量器结冰出错?任何人都无法下定论。”
“无法定论”的原因是“找不到黑匣子”。迄今为止,黑匣子仍然是空难事件中唯一客观的证人。
“实际上,黑匣子是小名,它的大名是飞行数据记录仪,上面有两套自动记录系统。一套是语言记录仪,主要用来记载驾驶员与地面的联系信息,以及驾驶舱内和机舱内的语音信息。一套是飞机飞行参数记录仪,用来记载飞机的飞行高度、速度、飞行状态参数等。”中国民航航空安全技术中心安全技术实验室主任舒平解释说。“在怀特兄弟发明的第一架飞机上,就有了黑匣子的雏形,但没人关注。后来空难越来越多,人们才意识到黑匣子的重要。”
飞机上的“老书记”
1953年,英国研制的世界第一种喷气式客机“彗星号”坠毁,原因不详,险些给喷气式客机的前景蒙上一层阴影。鉴于此,澳大利亚航空的科研人员沃伦提出,应该在飞机上加装可记录数据的电子装备。1958年,他研制出第一个飞行记录仪,与成人手掌差不多大小,可以记录4小时的舱音和仪表数据。
到了20世纪60年代,飞行记录仪已经成为国际民航飞机的必装设备。直到现在它都是空难事故调查中的重要证人。
在航空安全技术中心,记者看到数个空难中遗留下的黑匣子,艳丽的橙红色(国际救援色),外观看起来像集装箱货车模型,“车”头部分向前探出一个类似于不锈钢把手的拉杆。“那个拉杆就是用于探测仪器水下定位的‘水下信标’,一旦黑匣子落水,信标即发出频率为37.5千赫兹的声波,声纳仪通过对其感应来锁定具体位置。”舒平一边解释,一边打开一个黑匣子,“‘车’头内,实际上安装了18块类似于电脑硬盘的计算机芯片。”
这个黑匣子的外壳是一个高强度箱体,分为4层。这4层通常是特种钢外壳、防碰撞减震层、防腐防油层以及恒温层,设计要求能耐2吨重的压力,还要能经受1000℃左右的高温,以及海水、汽油等液体的腐蚀。而恒温层胶状物遇热后迅速融化为液体,不论外界温度多高,其温度将维持在70℃的恒温,以保证内部芯片不会在高温中损坏。
内部芯片就像一块硬盘,通过特殊的软件可以对保留的数据进行读取。译码专家对这些数据进行周密分析,从而得出结论。如果数据解读完善详尽,就可以通过三维立体图形的方式,将飞机失事前几秒钟的运动轨迹完全再现,通过电脑图像还原飞机失事的全过程。
译码并不难,只要有译码本对照,基本一个晚上就能译码完毕。搜寻黑匣子才困难,尤其是黑匣子落入水中,寻找过程就更困难了。
要找到太难了
“当黑匣子落入水中,水下信标可能脱落,即使没脱落,面对那么大一片海域,水下信标发射的信号仅在1平方公里内能接收到。这真是大海捞针,外加气候、水深原因,法航找寻实在困难。”舒平说。
Weggan见证了搜寻的困难。“漆黑的海面,飘满了航空燃油。所有的大海看起来都一样,一望无际,一片混乱。大致确定失事地点,打捞起包括座椅和完全未拆开的救生设备等,还有印有法航蓝色和红色条纹的垂直尾翼,其原本的三角形状依旧完好,没有任何烧痕,黑匣子却不见踪影。”
“海军坐在声呐室听音室里,紧张地关注着显示屏,并仔细地收听着探测仪器发出的‘嘟嘟’声。专家说,发现残骸海域平均水深4000米至5000米,海床裂缝可能深达8000米。潜水员无法到达这样的水深,法国人带来了微型潜艇‘鹦鹉螺’号,还有一个名叫Victor6000的遥控水下机器人,但它也只能潜入6000米的水深。并且,它从非洲附近的亚速尔群岛行进到空难地点花了8天,在这8天中,黑匣子可能滑向更深的海域。还有,这里的天气太差了。”Weggan继续在Twitter上碎碎念。
正如Weggan所说,法航空难地点是一个不受大自然眷顾的地方。美国、巴西、法国都派出了搜寻飞机,“这里的环境不适合他们。不时有飞机碰撞到海浪,然后爬升,然后又嗡嗡地飞向另一片海域,飞起,盘旋,但毫无用处。”
目标海域广泛,海底地形复杂,信号很可能被海底山脉阻挡。如果黑匣子掉到水深3000米以下的地方,它发出的有效信号近乎于零。
30天很快过去,信号信标电力耗尽,法航AF447的黑匣子最终永远消失在大西洋海底。
“即使找到了,也不一定能起作用,”舒平说,黑匣子也有可能发生故障,或者旧的信息被新的信息覆盖。
基于上述原因,前任国际航空运输协会总干事兼行政总裁皮埃尔•尚略借这次空难再次表达了他对黑匣子的不满。“它已经过时,应当利用实时卫星数据传输来对飞机的飞行情况做记录。”处于风口浪尖的空客高层也力挺皮埃尔,高喊着让黑匣子退休。
暂时还无法替代
替代黑匣子,航空业早就考虑过其他选项,那就是卫星。
卫星,悬挂在空中的通信中继站,它居高临下,视野开阔,只要在它的覆盖照射区以内,不论距离远近都可以通信。飞行途中,飞行数据可以打包发送给卫星,经过变频和功率放大,再由卫星的通信天线发向地面站。在此过程中,所需下传的数据只与飞机舱内的专用网络建立联系,并不会影响飞行安全。
目前,以空中客车公司为代表的一些机构正在着手研究,如何利用卫星通信系统实时传输飞行数据,从根本上摆脱寻找黑匣子的难题,并节省掉用来寻找黑匣子的这部分巨大成本。
对此舒平认为,黑匣子确实有必要改进,“但退休还不是时候,卫星传输没法替代黑匣子,起码30〜50年无法实现。”
“目前,卫星传输还是要比黑匣子贵很多。”舒平拿起纸笔算账,“中国有1000多架飞机,日利用率是9.6小时,按照目前平均水平,每分钟1.5到2美元计算,中国每年通过卫星传输实施产生的话费就是3亿多元。这仅是语音记录,如果加上数据参数,费用会更高。没有哪个航空公司能够承受。而一个黑匣子不过2万美金,并且能用很多年。”
航空利用到的卫星传输多是海事卫星,记者就此向中国交通通信中心导航业务部主任赵玉民求证。他表示费用未必需要这么多,“用的人越多,用的量越多,价格应该会越来越便宜。寻找黑匣子的确比从卫星下行的成本要高。”至于具体每年会产生多少费用,赵玉民表示要根据具体情况,无法给出具体数字。
即使费用不是问题,卫星传输还存在技术上的难点。首当其冲的就是带宽,目前海事卫星的带宽无法满足200多个数据传输,还有实时的语音传输。另外,怎么能准确地寻找卫星并发送数据?如果飞机失事,通常飞行姿态已经不正常了。不管是海事卫星或其他通信卫星,都得有寻星的过程,中间的哪怕几秒钟都是很宝贵的。而且,在移动中寻找卫星,必须安装陀螺仪或类似的设备,成本很高。再者,“飞机上所有的东西稳定安全是第一要素,要想在飞机上加个零件,需要很多年的认证。”即使这些问题都解决了,飞机故障多发生于天气很差的时候,比如暴雨时,过大的雨衰会导致卫星信号无法通信。
与卫星传输并列的选项还有利用地面基站。业内人士介绍说,空客正在研究一种“能随意打电话的飞机”,如果研制成功,也能实现飞行数据和驾驶舱语音的实时传输。
寻找黑匣子的难度
为了寻找法航AF447航班的黑匣子,国际社会可谓用尽浑身解数。运输机、侦察机、直升机、侦察卫星、无线电监听站、军舰、潜水员、核动力潜艇乃至无人以及载人深海探测器纷纷登场,但在30天时间内仍没能找到黑匣子,可谓凸显黑匣子使用之不确定性的一次典型案例。
深海搜索
法航班机失事逾20天后,法国海军侦测到疑似黑匣子发出的极微弱的信号。于是派出了善于深海作业的鹦鹉螺号载人深潜探测器。它能够搭载3人潜入海底6000米处,曾用于找到泰坦尼克号的沉船位置。
浅海搜索
较深的海下区域由法国派出的装有机械触手、6台摄像机,可提起100千克重物的Victor6000遥控水下机器人负责。它可潜至海面下6000米深处。
地形不确定性
不规则的海底地形也会为搜寻黑匣子增加困难。
海面搜索
在寻找法航黑匣子的30天里,巴西、美国和西班牙派出了大力神C130、海上巡逻机和直升机等空中力量在海面上做之字形飞行进行地毯式搜索。